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1、职业技术师大学Tianjin University of Technology and Education毕 业 论 文专 业： 班级学号： 学生： 指导教师： 二一三年六月职业技术师大学本科生毕业设计基于单片机电子导盲拐杖设计Electron blind-guide crutch design based on MCU专业班级： 学生指导教师：学 院：电子工程学院2013年06月摘 要随着社会的发展，在社会生活中应用超声波测距技术已很广泛，如汽车倒车雷达、测距仪和物位测量仪等都可以通过超声波来实现。由于超声波指向性强，能量消耗缓慢，在介质中传播的距离较远，因而超声测距技术的研究和开发具有实际
2、意义。本设计研究为盲人提供行走时，遇到前方障碍物提前躲避的预警系统。以AT89S52作为核心处理器，采用超声波回波时间差测量人与物体之间的安全距离，实现了提前预警使用者避让障碍物，起到避免安全隐患的作用。该系统是基于AT89S52单片机的超声波测距系统,它根据超声波在空气中传播的反射原理,以超声波传感器为检测部件, 应用超声波在空气中传播的时间差来测量距离。夜晚时利用光敏传感器控制警示灯开关，警示来往车辆避让。另有时间播报功能。主要由测距系统（包括超声波发射模块、超声波接收模块）和语音报警系统，时间播报系统，警示灯控制系统，稳压电源，五个主要模块构成。该设计利用AT89S52单片机系统的I/O
3、口，控制超声波传感器发出40KHz的超声波，利用反射回来的超声波信号，经过放大、整形、滤波等电路回到单片机，比较调试后确定与障碍物之间的距离，完成测距。该装置将单片机的实时控制及数据处理功能，与超声波的测距技术、传感器技术相结合。语音系统发出警示音，提醒使用者前方障碍物需躲避。使盲人在看不见的情况下，能够识别前方的障碍物正常的行走，从而起到保护盲人安全的作用。关键词：智能避障；超声波测距 ；AT89S52单片机ABSTRACTWith the development of society，It is applied widely by ultrasonic to measure distanc
4、e, such as cars reversing radar，range finder and level measurement and so on. Because of the strong point of ultrasonic, low energy consumption, long distance transporting in media, thus it is practical and significant to measure distance by ultrasonic.This design study for the blind to walk, meet o
5、bstacles ahead of early warning system. AT89S52 as the core processor, USES the ultrasonic echo time difference measuring safety distance between people and objects, implement the early warning users avoid obstacles, avoid safe hidden trouble. Is the system of ultrasonic ranging system based on AT89
6、S52 microcontroller, it is based on the reflection principle of ultrasonic wave in air and in ultrasonic sensors for detection components, application of ultrasonic wave in air time difference to measure distance. Night when using photosensitive sensor warning light switch control, avoidance of traf
7、fic warning. Otherwise time function. Mainly by the ranging system (including ultrasonic transmitting module, ultrasonic receiver module) and voice alarm system, time to broadcast system, warning lights, control system, regulated power supply, the five major modules. The design USES AT89S52 single c
8、hip microcomputer system I/O mouth, control issue of 40 KHZ ultrasonic ultrasonic sensor, using the reflected ultrasonic wave signal, after amplification, plastic, such as filter circuit back to the single-chip microcomputer, is after the debugging and the distance between the obstacles, to complete
9、 the range. The device will single-chip microcomputer real-time control and data processing capabilities, combined with ultrasonic ranging technology, sensor technology. Issued a warning sound, voice system remind users in front of the obstacles to avoid. Under the condition of the invisible for the
10、 blind and can identify the obstacles in front of the normal walking, which play a role to protect the safety of the blind. Key Words：Intelligent obstacle avoidance ；Ultrasonic ranging；Single chip microcomputer 目 录1引言11.1设计研究的背景及意义11.2设计研究的容11.3本章小结22超声波系统的工作原理及方案32.1 超声的概述32.2超声波传感器32.3超声波测量中盲区及近限和
11、远限42.4 超声测距的方案42.5本章小结53智能导盲拐杖硬件系统设计63.1设计实现的功能63.2设计思路63.3硬件电路设计73.3.1 CPU模块73.3.2超声波换能模块103.3.3语音播报模块设计153.3.4温度检测模块和时钟模块的设计163.3.5灯光示警模块设计183.3.6 稳压电源模块的设计193.4本章小结204智能导盲拐杖软件设计214.1系统软件设计语言214.2 软件设计心得214.3设计的软件环境简介214.4主要模块软件设计流程图234.5本章小结245系统的调试结果24结 论25参考文献27致 27附录1：部分主电路原理图29附录2：部分主程序301引言我
12、国曾在上世纪90年代进行过视力残疾状况的调查，结果显示，我国有视力残疾患者近1400万，其中盲人约就有620万。从全国防盲技术指导组办公室得到的数据也显示，我国有550万盲人，占世界盲人总数的1/5。随着人民生活水平的不断的进步，让生活变得越来越简单方便成为了人民普遍追求的生活理念。盲人既是我们普通人民中的一员，又是一个特殊群体，他们由于先天或后天的生理缺陷在日常生活中比我们常人会遇到更多的不方便，不能准确及时的发现并躲避障碍物就是一个重要的弊端。如果有一种既轻巧，又便宜，同时又能及时的识别周围障碍物并发出报警信号的智能拐杖在盲人的手中将会为盲人的生活提供极方便。由于超声波的速度相对光速要小的
13、多，其传播时间更加容易被检测，并且易于定向的发射，方向性较好，强度可以控制，因而人类采用仿真技能利用超声波测距。同时随着计算机技术、自动化技术及工业机器人的不断出现，测距和识别技术在工业中已经得到了普遍的运用与发展，如何把这种非接触式检测与识别技术应用到民用领域已变得十分重要了。1.1设计研究的背景及意义盲人既是我们普通人民中的一员，又是一个特殊群体，他们由于先天或后天的生理缺陷在日常生活中比我们常人会遇到更多的不方便和安全隐患。本设计就是为了避免盲人在行走时与前方障碍相撞。盲人导盲预警系统的运用可极减轻盲人的行走不便与安全隐患，降低且避免因盲人不辨障碍而导致的事故的发生，同时它将对提高人体智
14、能化设计起到重要的意义。对超声波具有传播速度慢，指向性强，能级消耗缓慢，对色彩、光照度不敏感的特点进行利用，同时因为超声波传感器结构相对简单、体积小、性价比高、信息处理简单而且可靠，易于小型化和集成化，并且可以进行实时控制等特点。所以这一项技术应用于导盲产品中将有广阔的发展前景。1.2设计研究的容本设计模仿蝙蝠的超声应用能力和原理，在研究现有的电子式超声波测距系统的基础上，应用回声定位的原理，通过传感器发送超声波，然后获得并分析障碍物的回波信息，研制一套超声波导盲系统。系统采用AT89S52单片机作为控制器, 利用超声测距的原理, 设计了一种超声波导盲装置，该装置可以对盲人前方道路上的障碍物进
15、行距离探测并把障碍物距离信息转换成语音提示, 盲人可以根据提示音，避让障碍同时达到导盲作用。该系统具有硬件结构简单、工作可靠、测量误差小等特点。又因为盲人不辨行人与车辆在路上行走，又因夜晚能见度低，为了车辆和行人更容易避让盲人。另采用光敏电阻检测周围环境的亮度,并将该亮度转化为相反逻辑的红色警示光。用来提醒来往行人和车辆避让。另有时钟系统，可以控制并且语音播报时间，进行整点提醒。1.3本章小结本章主要介绍了设计超声波导盲拐杖的背景及意义。对设计研究的大致容做了概述。2超声波系统的工作原理及方案2.1 超声的概述声音是与人类生活紧密相联的一种自然现象，人们对声音早有认识，在人们的日常生活中存在着各式各样的声音。在科学史上，声学是发展最早的学科之一。然而，由于超声是人耳听不到的信号，直到18世纪，人们才开始研究海豚、蝙蝠等动物时，才推测自然界存在超声。声波是一种能在气体、液体和固体中传播的机械波。根据声波振动频率的围来分类的，声波可分为高低不同的四种类型：频率在16KHz20KHz之间的机械波，能为人耳所闻，称为声波；低于16KHz的机械波称为次声波；高于20KHz的
